Impulso en fase y sus efectos
Siempre que las ondas, generadas a partir de dos o más fuentes, interactuaran entre sí, habrá efectos de fase que conducirán a un aumento o disminución de la energía de la onda en el punto de combinación. Cuando las ondas elásticas de la misma frecuencia se juntan de tal manera que sus desplazamientos están sincronizados con precisión (en fase, o en un ángulo de fase de 0 grados), las energías de las ondas se suman para crear una onda de mayor amplitud. Si están en un modo en donde sus desplazamientos son exactamente opuestos (desfasadas a 180 grados), entonces las energías de las ondas se cancelarán entre sí. En los ángulos de fase entre 0 grados y 180 grados, existirá un rango de etapas intermedias entre la adición completa y la cancelación completa. Cuando la sincronización de las ondas de una gran cantidad de fuentes varía, es posible utilizar estos efectos para dirigir y enfocar el frente de onda combinado. Este es un principio esencial detrás de los ensayos Phased Array.
En las sondas convencionales, los efectos de interferencia constructiva y destructiva crean las zonas de campo cercano y campo lejano y los diversos gradientes de presión en ellas. Además, una sonda de haz angular convencional utiliza un solo elemento para emitir una onda a través de la suela (zapata). Los puntos de este frente de onda experimentan diferentes intervalos de retardo debido a la forma de la suela (zapata). Estos son considerados retrasos mecánicos, a diferencia de los retrasos electrónicos que se emplean en los ensayos por ultrasonido multielemento (Phased Array). A través del principio de Huygen, es posible visualizar el momento en que el frente de onda golpea la parte inferior de la superficie como una serie de fuentes puntuales. Las ondas teóricamente esféricas, provenientes de cada uno de estos puntos, interactúan para formar una sola onda desde un ángulo determinado, conforme a la ley de Snell.
En los ensayos por ultrasonido multielemento (Phased Array), los efectos predecibles de refuerzo y cancelación causados por la fase se utilizan para dar forma y dirigir el haz ultrasónico. La emisión de impulso a partir de elementos individuales o grupos de elementos con diferentes retrasos crea una serie de ondas de fuente puntual que se combinarán en un solo frente de onda, cuya trayectoria se orienta a través de un ángulo seleccionado. Este efecto electrónico es similar al retardo mecánico generado por una suela (zapata) convencional; sin embargo, puede ser controlado aún más cuando se cambia el patrón de retardos. A través de la interferencia constructiva, la amplitud de esta onda combinada puede ser superior, de forma considerable, a la amplitud de cualquiera de las ondas individuales que la producen. Asimismo, se aplican retardos variables a los ecos recibidos por cada elemento de la matriz a fin de sumar las respuestas para que representen un solo componente angular o focal del haz total. Además de alterar la dirección del frente de onda primario, esta combinación de componentes de haz individuales permite enfocar el haz en cualquier punto del campo cercano.
Los elementos generalmente son impulsados en grupos de 4 a 32 para mejorar la sensibilidad efectiva al aumentar la apertura, lo que reduce la dispersión no deseada del haz y permite un enfoque más nítido.
Los ecos de retorno son recibidos por los diversos elementos o grupos de elementos; se modifican en el tiempo según sea necesario para compensar los retardos de suela (zapata) variables, y luego se adicionan. A diferencia de una sonda monoelemento convencional, que fusiona eficazmente los efectos de todos los componentes del haz en contacto con su área, una sonda Phased Array puede clasificar espacialmente el frente de onda de retorno según el tiempo de llegada y la amplitud en cada elemento. En el procesamiento del software, cada ley focal de regreso representa la reflexión de un componente angular particular del haz, un punto particular a lo largo de una trayectoria lineal o una reflexión de una profundidad focal particular. La información del eco puede mostrarse en cualquiera de los varios formatos estándar.
